高职高专机电类电子技术整套全体教学教程电子教案讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高职高专,“,十一五,”,规划教材,机电类,电 子 技 术,主 编李加升,内 容 简 介,本书为高职高专“十一五”规划教材，是编者在多年教学改革与实际的基础上，根据教育部最新制定的,高职高专教育电子技术基础课程教学基本要求,，在“必需、够用”的前提下编写而成的。,书中内容包括常用半导体器件、基本放大电路、负反馈与集成运算放大电路、正弦波振荡器、数字电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数,/,模与模,/,数转换、电力电子技术等。,该书内容新，覆盖面宽，淡化理论，注重应用，各章均有习题和技能训练。,本书可作为高等职业院校、高等专科学校、成人高校、民办高校的电气、电子信息、自动化、机电一体化、计算机等专业的教材，也可供从事电子技术工作的工程人员、中职学校相关专业的教师参考,。,第,1,章 常用半导体器件,1.1,半导体基本知识,1.2,半导体二极管,1.3,特殊二极管,1.4,半导体三极管,1.5,场 效 应 管,1.6,实训 常用电子仪器的使用,1.1,半导体基本知识,1.1.1,半导体的特点,根据物体导电能力,(,电阻率,),的不同，自然界的物质可划分为导体、绝缘体和半导体。导体是容易导电的物体，如铁、铜等。绝缘体是几乎不导电的物体，如橡胶等。半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体，在一定条件下可导电，半导体的电阻率为,典型的半导体有硅,Si,和锗,Ge,以及砷化镓,GaAs,等。半导体有如下一些特点：,(1),在外界能源的作用下，导电性能显著变化。半导体的电阻率随温度的上升而明显下降，呈负温度系数的作用。半导体的电阻率也随光照的不同而改变。光敏元件、热敏元件属于此类。,(2),在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。半导体的电阻率与所含微量杂质的浓度成正比例关系。二极管、三极管属于此类。,下一页,返回,1.1,半导体基本知识,1.,本征半导体,纯净晶体结构的半导体称之为本征半导体。常用的半导体材料有硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。,如,图,1-1,所示。当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。如,图,1-2,所示。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,2.,杂质半导体,在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，掺入的杂质主要是三价或五价元素。这种掺入杂质的半导体被称为杂质半导体。杂质半导体主要包括,N,型半导体和,P,型半导体。任何半导体都是电中性，对外部不显电性。,1)N,型半导体,在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷等元素，可形成,N,型半导体，也称电子型半导体。在本征半导体中，掺入,5,价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有,5,个价电子，它与周围原子形成,4,个共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂浓度无关。在,N,型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,2)P,型半导体,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等元素形成了,P,型半导体，也称为空穴型半导体。在本征半导体中，掺入,3,价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有,3,个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在,P,型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴是多数载流子。,1.1.1 PN,结,通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成,P,型半导体，另一边形成,N,型半导体，于是这两种半导体的交界处就形成了一个,PN,结，它是构成其他半导体的基础。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,1.PN,结的形成,当,P,型半导体和,N,型半导体接触后，由于两侧的半导体的类型不同，电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动：电子从,N,区向,P,区扩散；空穴从,P,去向,N,区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在,N,区留下了带正电的空穴，在,P,区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场。通常这个空间电荷区称为,PN,结。它们的形成过程如,图,1-3,所示,在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与漂移运动相等时，通过界面的载流子为零。此时，,PN,结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，又把它称为阻挡层或耗尽层。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,2.PN,结的单向导电性,图,1-4,PN,结正向导通电路图,PN,结具有单向导电性，这是半导体二极管的一个重要特性，但其只有在外加电压时才显示出来。我们在,PN,结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导电性。,1)PN,结外加正向电压,PN,结外加正向电压的接法是,P,区接电源的正极，,N,区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流，方向是从,P,区指向,N,区。如,图,1-4,所示,这时的,PN,结处于导通状态，它所呈现的电阻为正向电阻，正向电压越大，电流也越大。它们的关系是指数关系,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,式中,I,D,流过,PN,结的电流；,U,PN,结两端的电压；,U,T,温度电压当量；,式中,k,玻尔兹曼常数；,T,绝对温度，在室温下,(300K),时,U,T,=26m V,；,q,电子电量；,I,S,反向饱和电流。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,2)PN,结外加反向电压,它的接法与正向相反，即,P,区接电源的负极，,N,区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反向电压也不会增加，因此它又被称为反向饱和电流，即,I,D,=-,I,S,此时，,PN,结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。,由以上可以看出：,PN,结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截止状态，因此,PN,结具有单向导电性。它的电流和电压的关系通式为,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,它被称为,PN,结的伏安特性方程，如,图,1-5,所示为,PN,结的伏安特性曲线。,3.PN,结的击穿,PN,结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过,PN,结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。对于硅材料的,PN,结来说，击穿电压大于,7 V,时为雪崩击穿，击穿电压小于,4 V,时为齐纳击穿。在,4 V,与,7 V,之间，两种击穿都有。这种现象破坏了,PN,结的单向导电性，在使用时要避免。击穿并不意味着,PN,结烧坏。特别是齐纳击穿。,下一页,上一页,返回,1.1,半导体基本知识,4.PN,结的电容效应,由于电压的变化将引起电荷的变化，从而出现电容效应，,PN,结内部有电荷的变化，因此它具有电容效应，它的电容效应有两种：势垒电容和扩散电容。势垒电容是由阻挡层内的空间电荷引起的。扩散电容是,PN,结在正向电压的作用下，多数载流子在扩散过程中引起电荷的积累而产生的。,PN,结正偏时，扩散电容起主要作用，,PN,结反偏时，势垒电容起主要作用。,上一页,返回,1.2,半导体二极管,1.2.1,半导体二极管的结构类型,半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。半导体二极管是由,PN,结加上引线和管壳构成的。它的类型很多。按制造材料分硅二极管和锗二极管，按管子的结构来分有点接触型、面接触型和平面型三大类。常用二极管的逻辑逻辑符号和外形结构如,图,1-6,所示，其具体结构如下。,点接触型二极管的,PN,结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管的,PN,结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。,PN,结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,下一页,返回,1.2,半导体二极管,1.2.2,半导体二极管的特性及参数,1.,二极管的特性,半导体二极管的伏安特性曲线如,图,1-7,所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性可从以下个方面分析。,从二极管的伏安特性曲线可知，当二极管两端加较小的正向电压时，二极管还不能导通，这一段称为死区电压,(,硅管死区电压小于,0.5 V,，锗管死区电压小于,0.1 V),。超过死区电压后，二极管中电流开始增大，继续增加电压直至只要电压略有增加，电流便急剧增大,(,点，这时二极管称为导通。这个电压被称为导通电压，我们又称它为门限电压或死区电压，一般用,U,ON,表示，在室温下，硅管的,U,ON,约为,0.6-0.8 V,，锗管的,U,ON,约为,0.1-0.3 V,，一般硅管的导通电压取,0.7 V,，锗管的取,0.3 V,。我们一般认为当正向电压大于,U,ON,时，二极管才导通。否则截止。导通时二极管在电路中相当于一个开关的接通状态。以上为二极管伏安特性曲线中正向特性的特点。,下一页,上一页,返回,1.2,半导体二极管,当二极管两端加反向电压,(,小于某一数值,),时，二极管并不是理想的截止状态，它会有很小的反向电流，而且反向电流在一定范围内基本不随反向电压变化而变化，称为反向饱和电流。一般硅管约为几到几十微安，锗管约为几十到几百微安，此时二极管在电路中相当于一个开关的断开状态。由于半导体具有热敏特性，因此反向饱和电流将随温度升高而增大。通常温度每升高,10,，其反向饱和电流约增大一倍。当反向电压增大至某一数值后，反向电流开始急剧增大，二极管将被击穿，有可能把普通的二极管烧坏。以上为二极管伏安特性曲线中的反向特性的特点。,二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高,1,，正向压将减小,22.5 mV,，温度每升高,10,，反向电流约增加一倍。,下一页,上一页,返回,1.2,半导体二极管,2.,二极管的主要参数,(1),最大整流电流,I,F,。它是指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流，由二极管允许的温升所限定。使用时，管子的平均电流不得超过此值。否则能使二极管过热而损坏。工作电流较大的大功率管子必须按规定安装散热装置。,(2),最大反向工作电压,U,R,。它是二极管允许的最大反向工作电压，工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有余地，一般取击穿电压的,1/2-1/3,作,U,R,。,(3),二极管的直流电阻,R,D,。加在管子两端的直流电压与直流电流之比，就称为直流电阻，它可表示为 。它是,非线性的，正反向阻值相差越大，二极管的性能越好。,(4),二极管的交流电阻,r,d,。这是指在二极管工作点附近电压的微变化与相应的电流微变化值之比，就称为该点的交流电阻。,下一页,上一页,返回,1.2,半导体二极管,(5),最大反向电流。最大反向电流是指在室温条件下，在二极管两端加上规定的最大反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望值愈小愈好。反向电流愈小，说明二极管的单向导电性愈好。此外，由于反向电流是由少数载流子形成的。所以，受温度的影响很大。,(6),最高工作频率最高工作频率值主要决定于结电容的大小。结电容愈大，则二极管允许的最高工作频率愈低。,1.2.3,普通二极管的应用,运用二极管主要是利用它的单向导电性。导通时，可用短路来代替它，截止时，可认为它断路。普通二极管主要用于整流、检波、钳位、限幅、开关及元件保护等工作。,下一页,上一页,返回,1.2,半导体二极管,1.,限幅电路,当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应的变化；当输入电压高于某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。把开始不变的电压称为限幅电平。它分为上限幅和下限幅。,【,例,1.1】,试分析,图,1-8(a),所示的限幅电路，输入电压的波形为图,1-8(b),，画出它的限幅电路的波形。,解：,(1)E=0,时限幅电平为,0 V,。,u,i,0,时二极管导通，,u,o,=0,，,u,i,0,时，二极管截止，,u,o,=,u,i,，它的波形图如,图,1-9,所示。,(2),当,0,E,U,M,时，限幅电平为,+,E,。,u,i,+,E,时，二极管导通，,u,o,=,E,，它的波形图如,图,1-10,所示。,下一页,上一页,返回,1.2,半导体二极管,3),当,-,U,M,E,1V,时这两个,PN,结的输入特性基本重合。我们用,U,CE,=0,和,U,CE,=2V,，两条曲线表示，如,图,1-19(a),所示。,2.,输出特性,三极管共发射极接法时的输出特性方程为,它的输出特性可分为三个区,(,如,图,1-19(b),所示的输出特性曲线,),。,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,1),截止区,I,B,0,时，此时的集电极电流近似为零，管子的集电极电压等于电源电压，两个结均反偏，一般将满足,I,B,0,时的区域称为截止区。此时,I,B,近似为零，由于管子的各极电流都基本上等于零。所以三极管处于截止状态，没有放大作用。其实此时，集电极回路的电流并不真正为零，而是有一个较小的穿透电流。一般硅三极管的穿透电流较小，所以在输出特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流较大，约为几十微安到几百微安，可以认为当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则三极管处于截止状态。所以，在截止区，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态。,对于,NPN,三极管来说，此时,U,BE,0,，,U,BC,0,，,U,BC,0,。,3),放大区,此时,I,C,=,I,B,，,I,C,基本不随,U,CE,变化而变化，此时发射结正偏，集电结反偏。,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,在放大区内各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平的直线，表示当,I,B,一定时，,I,C,的值基本上不随,U,CE,而变化，同时也说明在放大区的,I,C,值基本上与集电极电压,U,CE,无关。而当基极电流有一个微小的变化量 时，相应地集电极电流将产生较大的变化量 ，比 放大 倍，即,=,。对于,NPN,三极管来说，此时,U,BE,0,，,U,BC,0,。,以上介绍了三极管的输入特性和输出特性，管子的特性曲线和参数是根据需要选用三极管的主要依据，各种型号三极管的特性曲线可从半导体器件手册查得，如欲测试某个三极管的特性曲线除了逐点测试以外，还可利用专用的晶体管特性图示仪，它能够在荧光屏上完整地显示三极管的特性曲线族。,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,1.4.4,三极管的主要参数,1.,放大系数,放大系数有两种,(,直流和交流,),，但一般认为，它们二者是相等的，不必区分它们。,1),共射电流放大系数,体现共射接法时三极管的电流放大作用，定义为集电极电流与基极电流的变化量之比，即,2),共基电流放大系数,体现共基接法时三极管的电流放大作用，的定义是集电极电流与发射极电流的变化量之比，即,共基电流放大系数和共射电流放大系数,的关系是,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,2.,极间的反向电流,极间的反向电流是由少数载流子形成的，一般较小。,(1),集电极,-,基极的反向饱和电流,I,CBO,。,I,CBO,表示当发射极开路时，集电极和基极之间的反向电流。,(2),穿透电流,I,CEO,。它与,I,CBO,关系为,I,CBO,=(1+,),I,CBO,。穿透电流表示当基极开路时，集电极和发射极之间的电流。,3.,极限参数,三极管的极限参数是指使用时不得超过的限度，以保证三极管的安全或保证三极管参数的变化不超过规定的允许值。主要有以下几项,1),集电极最大允许电流,I,CM,当集电极电流过大时，三极管的,值就要明显减小，此时对应的值就是集电极最大允许电流。当,I,C,=,I,CM,时，管子的,值下降到额定值的,2/3,。,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,2),集电极,-,发射极反向击穿电压,U,(BR)CEO,工作时，,V,CE,应小于此值，以免击穿。另外温度升高将使,U,(BR)CEO,降低，因此应留有一定余量。,3),集电极最大允许耗散功率,P,CM,当三极管工作时，管子两端的压降为,U,CE,集电极流过的电流为,I,C,。因此损耗的功率为,P,C,=,I,C,U,CE,，集电极消耗的电能将转化为热能使管子的温度升高，如果温度过高，将使三极管的性能恶化甚至被损坏，所以集电极损耗有一定的限制。,另外由于半导体的载流子受温度影响，因此三极管的参数受温度影响，温度上升，输入特性曲线向左移，基极的电流不变，基极与发射极之间的电压降低。输出特性曲线上移。温度升高，放大系数也增加。晶体三极管和晶体二极管一样，管内多数载流子和少数载流子均参与导电，而少数载流子的浓度与工作温度有着密切的联系。所以，它们的特性在多方面受温度的影响。,下一页,上一页,返回,1.4,半导体三极管,1.4.5,三极管工作状态判定,通常判定三极管处于何种工作状态可用下述三种方法。,1.,三极管结偏置的判定法,三极管发射结、集电结的偏置和管子工作状态的关系见,表,1-2,。,2.,三极管电流关系判定法,三极管中电流和工作状态的关系见,表,1-3,，表中的参量称为三极管临界饱和时基极应注入的电流大小。,3.,三极管电位判定法,共射电路三极管基极电位、集电极电位和三极管工作状态的关系，见,表,1-4,。在三种判定方法中，第三种常用于实验测定，而第二种则常用于解题过程中。,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,场效应管是通过改变输入电压来控制输出电流的电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此它的输入电阻很高，还具有温度特性好、抗干扰能力强、便于集成等优点。场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，又被称为单极型三极管。场效应管分为结型和,MOS,型两种，结型包括,N,沟道和,P,沟道，,MOS,型也包括,N,沟道和,P,沟道两种，它们又分别包含了增强型和耗尽型。我们要了解场效应管的分类、场效应管的工作特点及特性曲线。,1.5.1,结型场效应管,1.N,沟道结型场效应管的结构,下一页,返回,1.5,场 效 应 管,结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。如,图,1-20,所示，它是在,N,型半导体硅片的两侧各制造一个,PN,结，形成两个,PN,结夹着一个,N,型沟道的结构。,P,区即为栅极,g(G),，,N,型硅的一端是漏极,d(D),，另一端是源极,s(S),。箭头方向表示栅结正偏或正偏时栅极电流方向。,2.,结型场效应管的工作原理,下面以,N,沟道结型场效应管为例说明结型场效应管的工作原理。在,D,、,S,间加上正相电压,U,DS,，则源极和漏极之间形成电流,I,D,，我们通过改变栅极和源极的反相电压,U,GS,，就可以改变两个,PN,结阻挡层的,(,耗尽层,),的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流,I,D,。栅极和源极加正相电压,U,GS,，两个,PN,结阻挡层的,(,耗尽层,),的宽度变大，无漏极电流,I,D,，场效应管截止。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,3.,结型场效应管的特性曲线,下面以,N,沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的特性曲线。,1),输出特性曲线,如,图,1-21(a),所示，根据工作特性把它分为四个区域，即可变电阻区、放大区、击穿区和截止区。,2),转移特性曲线,转移特性关系方程为,根据这个特性关系可得出它的转移特性曲线如,图,1-21(b),所示。它描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。从图中可以看出，当,U,GS,=,U,P,时,I,D,=0,。我们称,U,P,为夹断电压。转移特性和输出特性是反映场效应管工作时,U,GS,、,U,DS,、,I,D,之间的关系的，它们之间是可以互相转换的。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,1.5.2,绝缘栅场效应管,绝缘栅型场效应管由金属氧化物和半导体制成，所以称为金属氧化物半导体场效应管或简称,MOS,场效应管。由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离，因此其输入电阻更高。可达,109,以上。从导电沟道来分，绝缘栅型场效应管也有,N,沟道和,P,沟道两种类型。无论,N,沟道或,P,沟道，又都可以分为增强型和耗尽型两种。下面以,N,沟道增强型,MOS,场效应管为例介绍。,1.,绝缘栅型场效应管的结构和原理,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,首先来看,N,沟道增强型,MOS,场效应管的符号图。如,图,1-22,所示用一块掺杂浓度较低的,P,型硅片作为衬底，在其表面上覆盖一层二氧化硅的绝缘层，再在二氧化硅层上刻出两个窗口。通过扩散形成两个高掺杂的,N,区，分别引出源极,S,和漏极,D,，然后在源极和漏极之间的二氧化硅上面引出栅极,G,，栅极与其他电极之间是绝缘的。衬底也引出一根引线，用,B,表示，通常情况下将它与源极在管子内部连接在一起。由图可见这种场效应管由金属氧化物和半导体组成。它利用,U,GS,来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。栅极和源极加反相电压,U,GS,，导电沟道耗尽，无漏极电流,I,D,，场效应管截止。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,2.,绝缘栅型场效应管的特性曲线,转移特性曲线如,图,1-23,所示。输出特性曲线如,图,1-24,所示，也分为,4,个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。,场效应管还有其他类型，这里不再介绍。其分类和特性如,表,1-5,所示。,1.5.3,场效应管的主要参数和特点,1.,场效应管的主要参数,1),直流参数,饱和漏极电流,I,DSS,。饱和漏极电流,I,OSS,可定义为：当栅、源极之间的电压等于零，而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。这是耗尽型场效应管的一个重要参数。,夹断电压,U,P,。夹断电压,U,P,是耗尽型场效应管的一个重要参数，可定义为：当,U,DS,一定时，使,I,D,减小到一个微小的电流时所需的,U,GS,值。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,开启电压,U,T,。开启电压,U,T,是耗尽型场效应管的一个重要参数，其定义是当,U,DS,一定时，使漏极电流减小到某一个数值时所需的,U,GS,。,直流输入电阻,R,GS,。,R,GS,直流输入电阻是栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于场效应管的栅极几乎不取电流，因此其输入电阻很高。结型场效应管的,R,GS,一般在,107,以上，绝缘栅型场效应管的输入电阻更高，一般大于,109,。,2),交流参数,低频跨导。低频跨导是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。用以描述栅源之间的电压,U,GS,对漏极电流,I,D,的控制作用，它的定义是当,U,GS,一定时,I,D,与,U,GS,的变化量之比，,，若,I,D,的单位是毫安，,U,GS,的单位是伏，则,g,m,的单位是毫西门子。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,极间电容极间电容是场效应管三个电极之间的电容，值越小表示管子的性能越好。这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括,g,m,，极间电容愈小，则管子的高频性能愈好，极间电容一般为几个皮法。,3),极限参数,漏极最大允许耗散功率。场效应管的漏极耗散功率等于漏极电流与漏极和源极之间电压的乘积，这部分功率将转化为热能，使管子的温度升高，漏极最大允许耗散功率决定于场效应管所允许的温升。,漏源击穿电压。这是在场效应管的漏极特性曲线上，当漏极电流,I,D,急剧上升产生雪崩击穿时的,U,DS,，工作时外加在漏极和源极之间的电压不得超过此值。,栅极击穿电压。结型场效应管正常工作时，栅、源极之间的,PN,结处于反向偏置状态，若电流过高，则产生击穿现象。,下一页,上一页,返回,1.5,场 效 应 管,2.,场效应管的特点,场效应管具有放大作用，可组成放大电路，它与双极性三极管相比具有以下特点：,(1),场效应管是电压控制器件，通过,U,GS,来控制,I,D,；,(2),场效应管输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；,(3),场效应管利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；,(4),场效应管组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；,(5),场效应管的抗辐射能力强。,下面通过表格把各种场效应管的符号和特性曲线表示出来。,上一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,1.,实训目的,(1),熟悉实验室的电子仪器，了解其功能、面板标识、开关与显示。,(2),学会简单的测量。,(3),掌握万用表、交流毫伏表、低频信号发生器、示波器和直流稳压电源等的正确使用。,2.,实训仪器和器材,低频信号发生器一台，交流毫伏表一块，示波器一台，直流稳压电源一台，万用表一块，电源线、屏蔽线、短路线若干。,3.,实训原理,在电子技术实训中，常用的电子仪器有低频信号发生器、交流毫伏表、示波器、直流稳压电源和万用表等。直流稳压电源为实验提供直流电源；,下一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,由低频信号发生器为实验提供幅度及频率在一定范围内可调的正弦波信号，用交流毫伏表测量低频信号发生器的输出信号大小，而示波器则可用来观察低频信号发生器信号波形形状，并可测量信号的幅度,(,峰值或峰,-,峰值,),和周期,(,频率为周期的倒数,),等参数；万用表测量直流稳压电源的直流信号及器件的直流电阻大小。,4.,实训步骤,1),学习有关电子仪器原理及使用的内容,初步了解各类电子仪器的功能及主要用途。,2),用万用表测量直流稳压电源的输出电压,接通稳压电源并调节其输出电压值为,1.25V,、,2V,、,5V,、,10V,、,14V,、,18V,等，用万用表的直流挡进行测量。用万用表测量交流市电。用万用表的交流电压挡测量市电电压。测量时注意选用适当的量程。表笔的正负极性与稳压电源的输出极性要一致。,下一页,上一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,3),示波器的初步使用,用示波器观察低频信号发生器的输出电压波形。在测量时，示波器的输入方式应根据具体情况选择,AC,或,DC,，而不应直接选择“”。,(1),将示波器接通电源预热后，使示波器各控制旋钮或开关置于,表,1-6,所示的位置。,(2),适当调节“辉度”旋钮，使荧光屏上出现一条适当亮度的水平扫描基线,(,即,Y,轴输入为零时光点在水平方向移动的轨迹,),。,(3),调节“水平移位”和“垂直移位”旋钮，使水平扫描基线位于荧光屏的中央。,(4),反复调节“聚焦”和“辅助聚焦”旋钮，使水平扫描基线变得又细又清晰。,4),频信号发生器、交流毫伏表的初步使用,下一页,上一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,用毫伏表测量低频信号发生器的输出电压，把交流毫伏表连接到低频信号发生器的输出端。,(1),将低频信号发生器、交流毫伏表接通电源后，使低频信号发生器、交流毫伏表各控制旋钮分别置于,表,1-7,所示的位置。,(2),把低频信号发生器的输出信号、交流毫伏表的读数填入表,1-7,中。,调节低频信号发生器，使其输出信号有效值为,3.00 V,、频率为,1.00 kHz,，分别调节示波器有关控制旋钮或开关，使荧光屏上显示按表,1-8,实要求的波形，并在,表,1-8,内填入有关控制旋钮的作用位置。,下一页,上一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,用低频信号发生器产生表,1-9,所要求的信号，用交流毫伏表测量其电压有效值，用示波器测量其电压峰,-,峰值和频率，并观察信号波形，将测量结果和各仪器的有关控制旋钮的作用位置填入,表,1-9,中。,注意：,(1),示波器的,Y,轴灵敏度选择开关及扫描速率选择开关要置于校准，以保证读数有效。,(2),用示波器测量电压时，应适当调节,V/div,使显示波形在垂直方向尽可能接近有效满屏，一般要求达到,80%,左右；测量频率时，应适当调节,t/div,，使波形在水平方向的有效满屏内显示一到两个完整波形，以保证测量具有一定的准确度。,下一页,上一页,返回,1.6,实训 常用电子仪器的使用,(3),用交流毫伏表测量电压时，应选择适当的量程，使表头指针偏转超过满度的,2/3,，以保证其读数具有一定的准确度。,(4),测量时要注意选择仪器仪表的量程，不要过量程。但量控选得太大会影响测量精度。为了减小侧量误差，指针指示在满刻度的,1/3,以上的区域实验效果较好。,5.,思考题,(1),为什么低频信号发生器输出信号的示值与交流毫伏表和示波器对其的测量结果之间会有差异？试进行分析。,(2),分析实训数据，通过分析写出实训心得。,上一页,返回,图,1-1,晶体中的共价键结构,返回,图,1-2,本征半导体中的自由电子和空穴,返回,图,1-3,多数载流子的扩散运动,返回,图,1-4,PN,结正向导通电路图,返回,图,1-5,PN,结的伏安特性曲线,返回,图,1-6,半导体二极管图形符号及外形,(a)(b),(a),外形图；,(b),符号,返回,图,1-7,二极管的伏安特性,返回,图,1-8,限幅电路和输入电压的波形图,返回,图,1-9,u,o,=,u,i,波形图,返回,图,1-10,u,o,=,E,波形图,返回,图,1-11,限幅电,平为负数时的波形图,返回,图,1-12,二极管组成的门电路,返回,图,1-13,稳压二极管及其特性曲线,返回,图,1-14,半导体三极管的外形,返回,图,1-15,三极管的图形及符号,返回,图,1-16,半导体三极管正向偏置电路,返回,表,1-1,三极管各极电流的分配,次数,数据,电流,1,2,3,4,5,6,基极电流,I,B,/mA,0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,集电极电流,I,c,/mA,0.001,0.43,0.88,1.33,1.78,2.22,发射极电流,I,E,/mA,0,饱和,返回,表,1-4,三极管电位,U,B,U,C,与工作状态的关系,电位,电位值,/V,工作状态,截止,0,V,CC,放大,0.7,U,CES,U,C,R,s,，则,U,i,U,s,。通常希望,R,I,尽可能大一些，以使放大电路向信号源取用的电流尽可能小，以减轻前级的负担。,输入电阻可用微变等效电路法估算，由图,2-8(b),放大电路的微变等效电路可得,上一页,下一页,返回,2.2,放大电路的微变等效电路分析法,3.,输出电阻,R,O,R,O,是从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻，它等于放大电路输出电压与输出电流的比值，即,R,O,=U,O,/,I,O,。,R,O,是衡量放大电路带负载能力的一个性能指标。如图,2-9,所示，放大电路接上负载后，要向负载,(,后级,),提供能量，所以，可将放大电路看做一个具有一定内阻的信号源，这个信号源的内阻就是放大电路的输出电阻。,由图,2-9,可见,若,R,O,I,B,，则,I,1,I,2,。这样基极电位,U,B,为,由于,U,B,是由,U,CC,经,R,B1,和,R,B2,分压决定的，故不随温度变化，且与晶体管参数无关。,2.,由发射极电阻,R,E,实现静态工作点的稳定,温度上升使,I,C,增大时，,I,E,随之增大，,U,E,也增大；因基极电位,U,B,=,U,BE,+,U,E,保持恒定，故,U,E,增大使,U,BE,减小，引起,I,B,减小，使,I,C,相应减小，从而抑制了温升引起的,I,C,的增量，即稳定了静态工作点。其稳定过程如下：,T,(),I,C,I,E,U,E,I,C,I,B,U,BE,通常,U,B,U,BE,，所以集电极电流,上一页,下一页,返回,2.3,静态工作点稳定电路,根据,I,1,I,B,和,U,B,U,E,两个条件得到的式,(2-12),说明了,U,B,和,I,C,是稳定的，基本上不随温度而变，而且也基本上与管子的参数,值无关。,【,例,2.2】,电路如,图,2-11,所示，已知晶体管,=40,，,U,CC,=12V,，,R,B1,=20k,，,R,B2,=10 k,，,R,L,=4k,，,R,C,=2k,，,R,E,=2 k,，,C,E,足够大。试求：,(1),静态值,I,C,和,U,CE,。,(2),电压放大倍数,A,u,。,(3),输入电阻,R,i,和输出电阻,R,o,。,解：,(1),估算静态值,I,CE,和,U,CE,上一页,下一页,返回,2.3,静态工作点稳定电路,(2),估算电压放大倍数,A,u,由图,2-11(a),可知其微变等效电路如图,2-11(b),所示。,在图,2-11(a),中，电容,C,E,称射极旁路电容,(,一般取,10100,F),，它对直流相当于开路，静态时使直流信号通过,R,E,实现静态工作点的稳定；对交流相当于短路，动态时交流信号被,C,E,旁路掉，使输出信号不会减少，即,A,u,计算与式,(2-7),完全相同。这样既稳定了静态工作点，又没有降低电压放大倍数。,上一页,返回,2.4,共集放大电路和共基放大电路,2.4.1,共集放大电路,1.,电路构成,如,图,2-12(a),所示的电路，它是由基极输入信号、发射极输出信号的，所以称为射极输出器。由,图,2-12(b),所示的交流通路可见，集电极是输入回路与输出回路的公共端，所以又称为共集电路。,2.,射极输出器的特点,1),静态工作点稳定,(1),射极输出器的直流通路如,图,2-13,所示，由图可知,于是有,下一页,返回,2.4,共集放大电路和共基放大电路,(2),射极输出器中的电阻,R,E,具有稳定静态工作点的作用，过程如下：,T,(),I,U,U,I,I,2),电压放大倍数略小于,1(,近似为,1),射极输出器的微变等效电路如,图,2-14,所示，由图可知,式中，。,通常，所以,上一页,下一页,返回,2.4,共集放大电路和共基放大电路,电压放大倍数约为,1,并为正值，可见输出电压,u,o,随着输入电压,u,i,的变化而变化，大小近似相等，相位相同。所以，射极输出器又称为射极跟随器。,图,2-14,中，若忽略,R,B,的分流影响，则,I,i,=,I,b,，,I,o,=,I,e,，可得电流放大倍数,所以，射极输出器虽然没有电压放大，但仍具有电流放大和功率放大的作用。,3),输入电阻高,由图,2-14,可知,由于,R,B,和 值都较大，因此，射极输出器的输入电阻,R,很高，可达几十欧到几百千欧。,上一页,下一页,返回,2.4,共集放大电路和共基放大电路,4),输出电阻低,由于射极输出器的,u,o,u,i,，当,u,i,保持不变时，,u,o,就保持不变。可见，输出电阻对输出电压的影响很小，说明射极输出器具有恒压输出特性，因而射极输出器带负载能力很强。输出电阻的估算式为,通常,R,o,很低，一般只有几十欧。,3.,射极输出器的应用,(1),用作输入级。在要求输入电阻较高的放大电路中，常